Transfert de matière dans un système solide/liquide "ions/eau/pectine" : interactions, partage ionique et simulation par dynamique moléculaire

par Charbel Mouawad

Thèse de doctorat en Procédés biotechnologiques et alimentaires

Sous la direction de Stéphane Desobry.

Soutenue le 23-10-2007

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL , dans le cadre de RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement , en partenariat avec Laboratoire de science et génie alimentaires (laboratoire) .

Le président du jury était Albert Duquenoy.

Le jury était composé de Stéphane Desobry, Albert Duquenoy, Bernard Cuq, Rémi Saurel, Muriel Jacquot.

Les rapporteurs étaient Bernard Cuq, Rémi Saurel.

mots clés

• Transfert de matière
• Nature ionique
• Coefficient de partage
• Modélisation mathématique
• Simulation moléculaire
• Aubergine
• Transfert de masse
• Aliments -- Composition
• Coefficient de partage (chimie)
• Ions

Résumé

Mass transfer intervening during the process of immersion influences the final composition of the product. These transfers primarily depend on the size of the immersed products, as well as temperature, the concentration and the nature of the solution of immersion. The main objective of this work is to study the mass transfer phenomena (water loss and solid gain) in solid/liquid system constituted of vegetable product (eggplant) immerged in salt solution. We determined the kinetic studies of eggplant in different salts solutions with two concentrations (saturation and 20%) at 3°C. The physicochemical properties of solution and salt such as molar concentration, molecular weight and ionic type affected the mechanism of water loss and solid gain. Knowledge about interaction ions/vegetable pectin is important for new product formulation. Determination of partition coefficient of ion in equilibrium system showed that the main physicochemical properties of ions and solution are ionic radius, electronegativity, ionic force and molar concentration. Mathematical predictive model was developed to predict the partition coefficient of ions in food/ solution system. Molecular dynamics simulations using a dynamic force field have been carried out to investigate the absorption of ions (K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-) in pectin/water/ion/aqueous solution system. Four systems were used. The results showed that the ionic type (cation and anion) influence the type and number of interactions between pectin-ion and water-ion and then offered an explicit description transfer phenomena and distribution of ions in the system solid/liquid

mots clés

• Mass transfer
• Ionic type
• Partition coefficient
• Mathematical modelling
• Molecular simulation

Titre traduit

Mass transfer phenomena in a solid/liquid system : ions/water/pectin. Interaction. Ionic partition and molecular dynamic simulation

Résumé

Les transferts de matière intervenant au cours du procédé d’immersion dépendent essentiellement de la taille des produits immergés, la température, la concentration et la nature de la solution d'immersion. L’objectif principal de ce travail porte sur l’étude des transferts dans un système solide/liquide constitué d’un produit végétal (aubergine) et d’une solution saline. Afin de parvenir à une bonne maîtrise de ces paramètres, les études cinétiques ont été conduites à 3°C sur des aubergines immergées dans des solutions salines avec deux concentrations. Les propriétés des solutions et des sels telles que la concentration molaire, la masse molaire et surtout la nature ionique influencent le mécanisme de perte et de gain. Les connaissances sur les interactions ions/pectines végétaux sont importants pour la formulation de nouveaux produits La détermination du coefficient de partage des ions à l’équilibre dans le système aubergine/solution ont montré que les principales propriétés des ions et des solutions influençant le coefficient de partage sont le rayon ionique, l’électronégativité, la force ionique et la concentration molaire. Un modèle mathématique a permis de prédire le coefficient de partage des ions dans ce système. Dans le but d’expliquer l’absorption des ions par la phase solide, une simulation par dynamique moléculaire a été menée sur un système pectine-eau-sels. Quatre systèmes ont été utilisés. Les résultats obtenus ont montré que la nature ionique influencent la nature et le nombre d’interaction entre pectine-ion et eau-ion et donc offrent une description explicite des phénomènes de transferts et distribution des ions dans le système solide/liquide